專(zhuān)利名稱(chēng)：用于運(yùn)行發(fā)電廠設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與發(fā)電廠技術(shù)的領(lǐng)域有關(guān)，本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的用于運(yùn)行發(fā)電廠設(shè)備的方法.
背景技術(shù)：
在大型的具有處于大于100MW的范圍內(nèi)的功率的發(fā)電廠設(shè)備中，產(chǎn)生電流的發(fā)電機(jī)由燃?xì)鉁u輪機(jī)和/或蒸汽渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)并且將所產(chǎn)生的電功率饋入具有預(yù)先給定的電網(wǎng)頻率(比如50或者60Hz)的電網(wǎng)中。大型的發(fā)電廠設(shè)備通常擁有在渦輪機(jī)的(機(jī)械的或者空氣動(dòng)力的)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間的固定的耦合裝置。發(fā)電機(jī)的輸出端在此通過(guò)連接結(jié)構(gòu)在頻率耦合的情況下與電網(wǎng)相連接，而該發(fā)電機(jī)則要么直接地(單軸設(shè)備)由所述渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)要么通過(guò)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)速耦合的情況下由所述渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。發(fā)電廠設(shè)備的這樣的配置在圖2和3中極為簡(jiǎn)化地示出，借助于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在電網(wǎng)頻率與渦輪機(jī)之間僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)固定的傳動(dòng)比。但也可以設(shè)想一些解決方案，在這些解決方案中發(fā)電機(jī)由有效渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，所述有效渦輪機(jī)可以用有別于本來(lái)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)運(yùn)行。
圖1以極為簡(jiǎn)化的示意圖示出了公知的類(lèi)型的發(fā)電廠設(shè)備10，，該發(fā)電廠設(shè)備IO，借助于燃?xì)鉁u輪機(jī)12連同所耦合的發(fā)電機(jī)18來(lái)產(chǎn)生電流并將其饋入電網(wǎng)21中。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12和發(fā)電機(jī)18通過(guò)共同的軸19相連接并且形成單軸-渦輪機(jī)段(Turbinenstrang ) 11,所述燃?xì)鉁u輪機(jī)在最簡(jiǎn)單的情況下包括一臺(tái)壓縮機(jī)13，該壓縮機(jī)13通過(guò)進(jìn)氣口 16吸入燃燒用空氣并對(duì)其進(jìn)行壓縮。所述壓縮機(jī)13可以由多臺(tái)先后布置的分壓縮機(jī)所組成，所述分壓縮機(jī)在上升的壓力水平上工作并且必要時(shí)能夠?qū)Ρ粔嚎s的空氣進(jìn)行中間冷卻。在壓縮機(jī)13中被壓縮的燃燒用空氣到達(dá)燃燒室15中，通過(guò)燃料輸入管路將液態(tài)的(比如油)或者氣態(tài)的(比如天然氣)燃料噴入所述燃燒室15中并且在消耗燃燒用空氣的情況下燃燒.
從燃燒室15中流出的很熱的氣體在接下來(lái)的渦輪機(jī)14中在工作功率下膨脹并且就這樣驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)13和用法蘭連接的發(fā)電機(jī)18。在從渦輪機(jī)中流出時(shí)依然比較熱的廢氣可以額外地穿過(guò)接下來(lái)的廢熱蒸汽發(fā)生器23，用于在單獨(dú)的水-蒸汽-回路25中產(chǎn)生用于運(yùn)行蒸汽渦輪機(jī)24的蒸汽。這樣的組合稱(chēng)為組合發(fā)電廠。所述蒸汽渦輪機(jī)24在此可以在與渦輪機(jī)14對(duì)置的一側(cè)上與發(fā)電機(jī)18相耦合。但是所述蒸汽渦輪機(jī)24也可以驅(qū)動(dòng)自身的發(fā)電機(jī)。
在圖l的單軸設(shè)備中，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12的轉(zhuǎn)速與在發(fā)電機(jī)18中產(chǎn)生的交流電壓頻率處于固定的比例中，所述交流電壓頻率必須等于電網(wǎng)21的電網(wǎng)頻率。在目前常見(jiàn)的大型的具有超過(guò)100MW的功率的燃?xì)鉁u輪機(jī)單元中，為60Hz的發(fā)電機(jī)頻率或者說(shuō)電網(wǎng)頻率分配
并且為50Hz的發(fā)電機(jī)頻率分配了 3000 U/min的轉(zhuǎn)速(比如申請(qǐng)人的燃?xì)鉁u輪機(jī)GT26)。
如果應(yīng)該在燃?xì)鉁u輪機(jī)12的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)頻率或者說(shuō)電網(wǎng)辦率之間實(shí)現(xiàn)另一種比例，那么按照?qǐng)D2原則上可以在發(fā)電廠設(shè)備10中在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12的軸19與所述發(fā)電機(jī)18 (渦輪機(jī)段11，)之間插入一個(gè)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)26,該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)26通常構(gòu)造為減速器并且由此能夠?qū)崿F(xiàn)燃?xì)鉁u輪機(jī)12的更高的轉(zhuǎn)速和更小的結(jié)構(gòu)。但是，這樣的機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)26出于強(qiáng)度原因僅僅能夠用于大約130MW以下的功率。另一方面，每燃?xì)鉁u輪機(jī)超過(guò)100MW的很大的功率以及很高的效率首先用比較慢地旋轉(zhuǎn)的單軸機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，
從渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間的固定的耦合中產(chǎn)生以下缺點(diǎn)
-只能受限制地在電網(wǎng)上進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行；
-在通過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)進(jìn)口溫度的提高來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)以支持電網(wǎng)頻率時(shí)在渦輪機(jī)上出現(xiàn)功率擾動(dòng)或者說(shuō)出現(xiàn)很高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)
荷；
-不可能不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率或者說(shuō)不依賴(lài)于用電設(shè)備對(duì)發(fā)電廠設(shè)備進(jìn)行功率調(diào)節(jié)；
-不可能不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率或者說(shuō)不依賴(lài)于用電設(shè)備對(duì)發(fā)電廠設(shè)備進(jìn)行效率優(yōu)化；
-不可能不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率或者說(shuō)不依賴(lài)于用電設(shè)備對(duì)發(fā)電廠設(shè)備進(jìn)行部分負(fù)荷優(yōu)化；
-只能在受限制的情況下對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)進(jìn)行排放調(diào)節(jié)；
6-傳統(tǒng)上在頻率過(guò)低時(shí)發(fā)電廠首先失去功率；只有在通過(guò)相應(yīng)的再調(diào)整對(duì)功率不足進(jìn)行平衡之后，發(fā)電廠才能積極地通過(guò)過(guò)剩功率來(lái)支持電網(wǎng)。相反，在超過(guò)額定頻率時(shí)發(fā)電廠首先提高功率；只有在通過(guò)相應(yīng)的再調(diào)整對(duì)過(guò)剩功率進(jìn)行平衡之后，發(fā)電廠才能積極地通過(guò)功率降低來(lái)支持電網(wǎng)。
-在頻率波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生瞬態(tài)
.在頻率過(guò)低時(shí)，首先降低吸入質(zhì)量流量；這(在燃料質(zhì)量流量在第一時(shí)刻恒定的情況下)導(dǎo)致過(guò)燒并且通常隨后通過(guò)調(diào)節(jié)影響導(dǎo)致燃燒不足(Unterfeuer);
-類(lèi)似地在超過(guò)額定頻率時(shí)出現(xiàn)燃燒不足，隨后出現(xiàn)過(guò)燒；
.這些瞬態(tài)導(dǎo)致使用壽命降低以及排放增加(在過(guò)燒時(shí)為NOx并且在燃燒不足時(shí)為CO);
在電網(wǎng)中出現(xiàn)(短時(shí)間的)超過(guò)額定頻率或者頻率過(guò)低事件時(shí)，發(fā)電廠設(shè)備的軸系劇烈加速或者說(shuō)制動(dòng)。在這種加速中，儲(chǔ)存或者說(shuō)釋放大量能量。隨著這種能量消耗或者說(shuō)釋放，發(fā)電廠設(shè)備在第一時(shí)刻通過(guò)軸的慣性矩來(lái)支持電網(wǎng)頻率。
從US-A-5，694，026中公開(kāi)了 一種沒(méi)有減速器的單軸-渦輪機(jī)-發(fā)電機(jī)組，在該單軸-渦輪機(jī)-發(fā)電機(jī)組中在發(fā)電機(jī)的輸出端與電網(wǎng)之間布置了一臺(tái)靜態(tài)的變頻器，借助于該變頻器將由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電壓-頻率轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的頻率。在起動(dòng)燃?xì)鉁u輪機(jī)時(shí)，將發(fā)電機(jī)用作馬達(dá)，從電網(wǎng)中通過(guò)所述靜態(tài)的變頻器向該馬達(dá)供應(yīng)能量。
從US-B2-6，979，914中公開(kāi)了 一種具有由燃?xì)鉁u輪機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的單軸裝置的發(fā)電廠設(shè)備，在該發(fā)電廠設(shè)備中同樣在發(fā)電機(jī)輸出端與電網(wǎng)之間設(shè)置了變頻器，用于使由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電壓與電網(wǎng)頻率相匹配，
從L.J.J Offringa、 L.J.J.等人的論文"用于高速燃?xì)鉁u輪機(jī)動(dòng)力廠的具有相間變壓器的 1600 kW IGBT變頻器，，(Proc.IEEE醫(yī)IASConf.2000.4 , 8-12 October 2000 ， Rome ， 2000 ，pp.2243-2248 )中公開(kāi)了 一種具有快速旋轉(zhuǎn)的燃?xì)鉁u輪機(jī)(18000U/min)和較低的輸出功率(1600 kW)的發(fā)電廠設(shè)備，在該發(fā)電廠設(shè)備中在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過(guò)變頻器進(jìn)行頻率退耦。
但是，從這些公開(kāi)文獻(xiàn)中不能得知專(zhuān)門(mén)的用于在短時(shí)間的超過(guò)額定頻率或者頻率過(guò)低事件中支持電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)和運(yùn)行方案("快速
頻率支持，，(Fast Frequency Support))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于運(yùn)行頻率退耦的發(fā)電廠設(shè)備的方法，該方法能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的超過(guò)額定頻率或者頻率過(guò)低事件進(jìn)行快速響應(yīng)并且與此同時(shí)在發(fā)電廠設(shè)備中在很大程度上避免不受歡迎的瞬態(tài)。
該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1所述全部特征得到解決。對(duì)按本發(fā)明的方法來(lái)說(shuō)重要的是，在電網(wǎng)中出現(xiàn)短時(shí)間的超過(guò)額定頻率或者頻率過(guò)低
的轉(zhuǎn)速。在電網(wǎng)的頻率過(guò)低時(shí)，使燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速的降低程度大于或者小于電網(wǎng)頻率并且在電網(wǎng)超過(guò)額定頻率時(shí)使渦輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速的提高程度大于或者小于電網(wǎng)頻率。
由此通過(guò)來(lái)自燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸系的旋轉(zhuǎn)能量的釋放或者取用來(lái)提高頻率支持。短時(shí)間的電網(wǎng)頻率變化在這里是指在幾秒或者幾十秒之內(nèi)產(chǎn)生的如其比如因發(fā)電廠的切斷或者很大的用電設(shè)備的接通而引起的一樣的電網(wǎng)頻率變化。在這方面，通常短時(shí)間的變化持續(xù)幾秒到大約30s的時(shí)間。不過(guò)，這些變化也會(huì)一直持續(xù)幾分鐘并且分階段出現(xiàn)，如果比如首先一家發(fā)電廠發(fā)生故障并且遲延一些時(shí)間之后一家第二發(fā)電廠由于電網(wǎng)頻率下降而發(fā)生故障.這些變化與電網(wǎng)頻率的持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的變化相反，在電網(wǎng)頻率的持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的變化中電網(wǎng)頻率在較長(zhǎng)的時(shí)間里在降低了的頻率上運(yùn)行。通常，持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的變化超過(guò)30s的時(shí)間。當(dāng)然這些時(shí)間也可能一直持續(xù)幾分鐘，在特殊情況下甚至可能一直持續(xù)數(shù)小時(shí)。在這種情況下，短時(shí)間的電網(wǎng)頻率變化后面跟隨著電網(wǎng)頻率的持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的變化.
按照本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)方案，對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)速降低或者說(shuō)轉(zhuǎn)
速提高進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)的情況下降低轉(zhuǎn)速，所以合適的預(yù)控制
可以將熱氣溫度中的瞬態(tài)的上沖和下沖(tiber-und Unterschwinger)
降低到最低限度.
按照本發(fā)明的一種另外的設(shè)計(jì)方案，在此使用具有大于100MW的功率的燃?xì)鉁u輪機(jī)并且作為電子的退耦裝置使用矩陣變頻器形式
的變頻器。一種另外的設(shè)計(jì)方案的突出之處在于，工作頻率明顯有別于電網(wǎng) 頻率或者說(shuō)第二工作頻率，其中尤其電網(wǎng)頻率或者說(shuō)工作頻率為
50Hz或者60Hz。通常對(duì)這種設(shè)計(jì)方案來(lái)說(shuō)，作為電網(wǎng)與工作頻率之 間的明顯的差別應(yīng)該設(shè)置大于5%的偏差。對(duì)于在60Hz的電網(wǎng)中使 用50Hz的燃?xì)鉁u輪機(jī)的情況或者相反的情況來(lái)說(shuō)，可以預(yù)料20%數(shù) 量級(jí)的差別，在應(yīng)用到慢速運(yùn)行的大型機(jī)器上時(shí)，偏差也可能明顯超 過(guò)100%。
此外有利的、是:所使用的矩陣變頻器包"多個(gè)以(:x:)-矩陣
布置的能夠控制的雙向開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)在調(diào)節(jié)器的控制下可選將m 個(gè)輸入端與n個(gè)輸出端相連接，其中m大于n，并且其中設(shè)置了用于 確定輸入端中的電流的符號(hào)的第一器件和用于確定輸入端之間的電 壓的符號(hào)的第二器件，并且其中所述第一及第二器件與所述調(diào)節(jié)器處 于有效連接之中。雙向開(kāi)關(guān)可以由一個(gè)構(gòu)件制成，不過(guò)也可以由多個(gè) 構(gòu)件構(gòu)成。比如可以將兩個(gè)反并聯(lián)的具有相反的連通方向的晶閘管用 作能夠控制的雙向開(kāi)關(guān)。用于確定電流和電壓的符號(hào)的器件比如可以 是電壓表或者說(shuō)電流計(jì)。作為替代方案，也能夠使用二元的僅僅輸出 符號(hào)的傳送器。


下面借助于實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。其中
圖1是按現(xiàn)有技術(shù)的具有燃?xì)鉁u輪機(jī)和單軸-渦輪機(jī)段的發(fā)電廠 設(shè)備的極為簡(jiǎn)化的線路圖2是按現(xiàn)有技術(shù)的具有燃?xì)鉁u輪機(jī)和機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)電 廠設(shè)備的極為簡(jiǎn)化的線路圖3是如其可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一樣的具有燃?xì)鉁u輪機(jī)和電 子的退耦裝置的發(fā)電廠設(shè)備的極為簡(jiǎn)化的線路圖4示出了如其可以作為電子的退耦裝置用在按圖4的設(shè)備中一 樣的矩陣變頻器的示范性的內(nèi)部構(gòu)造；并且
圖5示出了類(lèi)似于圖4的用于實(shí)施按本發(fā)明的方法的設(shè)備裝置，
圖6示出了電網(wǎng)頻率變化與燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化之間的比例 對(duì)頻率過(guò)低事件的影響，
圖7示出了電網(wǎng)頻率變化與燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化之間的比例對(duì)預(yù)期的頻率過(guò)低事件的影響，
圖8示出了在具有固定連接時(shí)的頻率過(guò)低事件的情況，
圖8a示出了在頻率過(guò)低事件中且在具有固定連接時(shí)的燃?xì)鉁u輪 機(jī)轉(zhuǎn)速和動(dòng)態(tài)的功率的曲線走向，
圖8b示出了在頻率過(guò)低事件中燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速和動(dòng)態(tài)的功率的 曲線走向，其中使用了電子的退耦裝置和受調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速梯度，
圖9示出了頻率過(guò)低事件的情況，其中使用了電子的退耦裝置和 恒定的燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速，
圖10示出了頻率過(guò)低事件的情況，其中使用了電子的退耦裝置 并且預(yù)料到頻率過(guò)低事件。
具體實(shí)施例方式
圖3示出了如其適合于實(shí)施按本發(fā)明的方法一樣的具有燃?xì)鉁u 輪機(jī)和電子的退耦裝置的發(fā)電廠設(shè)備的極為簡(jiǎn)化的線路圖。所述發(fā)電 廠設(shè)備10包括一臺(tái)具有壓縮機(jī)13和順序的燃燒結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪機(jī) 12，在所述燃燒結(jié)構(gòu)中一個(gè)第一燃燒室15用一種第一燃料通過(guò)一條 第一燃料輸入管路17來(lái)產(chǎn)生熱氣，所述熱氣在一臺(tái)第一渦輪機(jī)14a 中膨脹，而后被導(dǎo)入一個(gè)第二燃燒室15，中，在那里熱氣用一種笫二 燃料通過(guò)一條第二燃料輸入管路17，引起熱氣的中間過(guò)熱，而后熱氣 在第二渴輪機(jī)14b中膨脹。不過(guò)也可以代替在效率方面特別有利的順 序的燃燒結(jié)構(gòu)而設(shè)置單級(jí)的燃料結(jié)構(gòu)。設(shè)備的其余部件相應(yīng)于圖1或 2中具有相同的附圖標(biāo)記的部件。
發(fā)電機(jī)18用法蘭直接連接到燃?xì)鉁u輪機(jī)12的軸19上.由此該 發(fā)電機(jī)18以和燃?xì)鉁u輪機(jī)12相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。但是，現(xiàn)在在該發(fā)電 機(jī)18的輸出端與電網(wǎng)12之間布置了一個(gè)電子的退耦裝置27，該退 耦裝置27使在發(fā)電機(jī)18中產(chǎn)生的工作頻率或者說(shuō)燃?xì)鉁u輪機(jī)12的 轉(zhuǎn)速?gòu)碾娋W(wǎng)的預(yù)先給定的電網(wǎng)頻率上退耦.
所述電子的退耦裝置27-為了限制損耗功率-優(yōu)選構(gòu)造為沒(méi)有直 流中間電路的矩陣變頻器。 一種這樣的由于其觸發(fā)結(jié)構(gòu)而以損耗特別 少的方式工作的矩陣變頻器在EP-A2-1 199 794中在結(jié)構(gòu)方面并且在 作用原理方面得到說(shuō)明，關(guān)于這樣的矩陣變頻器在EP-A1-1 561 273、 DE-A1-10 2004 016 453、 DE-A1-10 2004 016 463和DE-A1-10 2004 016 464中已經(jīng)得到進(jìn)一步解釋。圖4示出了具有6個(gè)輸入相位和3個(gè)輸出相位的矩陣變頻器的原理線路圖。該矩陣變頻器(27)以時(shí)間
次序?qū)⒆鳛殡娫吹陌l(fā)電機(jī)18的6個(gè)相位G1.....G6與負(fù)栽30的相
位L1、…L3相連接。為此所需要的功率件29包括18個(gè)雙向的以反 并聯(lián)的晶閘管為形式的開(kāi)關(guān)32 (在通常情況下有m*n個(gè)用于m個(gè)輸 入/電源-相位和n個(gè)輸出/負(fù)載-相位的開(kāi)關(guān))。所述開(kāi)關(guān)32布置在一 個(gè)(6x3)-矩陣中。為觸發(fā)所述開(kāi)關(guān)32設(shè)置了一個(gè)控制器或者調(diào)節(jié) 器31，該調(diào)節(jié)器31從節(jié)拍發(fā)生器28中得到時(shí)間信號(hào)(節(jié)拍頻率)。 所述開(kāi)關(guān)32的開(kāi)關(guān)狀態(tài)(接通、切斷)受到監(jiān)控并且相應(yīng)地通過(guò)一 條第一信號(hào)線路36報(bào)告給調(diào)節(jié)器31。開(kāi)關(guān)32由所述調(diào)節(jié)器31相應(yīng) 地通過(guò)控制線路35來(lái)觸發(fā).
在所述發(fā)電機(jī)18的單個(gè)的相位Gl..... G6中分別布置了一個(gè)
電流測(cè)量裝置34，該電流測(cè)量裝置34通過(guò)一條笫二信號(hào)線路37將 相電流的符號(hào)報(bào)告給調(diào)節(jié)器31。此外，在所述發(fā)電機(jī)18的單個(gè)的相 位Gl、 ...、 G6之間分別布置了電壓測(cè)量裝置33，所述電壓測(cè)量裝 置33通過(guò)一條第三信號(hào)線路38將相應(yīng)的相差電壓報(bào)告給調(diào)節(jié)器31。 關(guān)于所述矩陣變頻器的運(yùn)行過(guò)程的細(xì)節(jié)請(qǐng)參照上面提到的公開(kāi)文獻(xiàn)。
利用尤其以所述類(lèi)型的矩陣變頻器為形式的退耦裝置27獲得電 子退耦裝置的以下優(yōu)點(diǎn)
-可以在寬廣的電網(wǎng)頻率范圍內(nèi)支持電網(wǎng)21的電網(wǎng)頻率。在固定 的頻率耦合中可以在電網(wǎng)頻率的5-6%的范圍內(nèi)獲得電網(wǎng)頻率支持， 而通過(guò)所述電子退耦裝置則可以在高達(dá)20%的范圍內(nèi)獲得支持；
-可以依賴(lài)于環(huán)境條件(比如進(jìn)口溫度)來(lái)調(diào)整運(yùn)行最佳值(功 率、效率)；
曙可以提高功率；
-可以改進(jìn)效率；
-可以提高在負(fù)栽波動(dòng)時(shí)的靈活性以及渦輪機(jī)的使用壽命； -渦輪機(jī)可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)速恒定地運(yùn)轉(zhuǎn)。在此省去了以往出現(xiàn)的額
外的因用于支持轉(zhuǎn)速的措施而需要的熱負(fù)荷或者機(jī)械負(fù)荷；
-可以改進(jìn)排放值.可變的轉(zhuǎn)速的額外的自由度允許在轉(zhuǎn)速更高 或者更低時(shí)起動(dòng)所期望的功率。與此相關(guān)聯(lián)的是更低的或者更高的渦
輪機(jī)進(jìn)口溫度，其中具有影響C02和NOx的排放的效應(yīng)。尤其可以
在支持頻率的情況下避免增加排放。按照本發(fā)明可以在發(fā)電廠設(shè)備內(nèi)部在不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率的情況 下以所期望的(設(shè)計(jì))轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地運(yùn)行渦輪機(jī)段-渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)， 這種占優(yōu)先地位的方案有助于電網(wǎng)的穩(wěn)定。在頻率擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電廠必 須能夠保持在標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)頻率上輸出的功率，或者說(shuō)在理想情況下甚 至將更高的功率輸出給電網(wǎng)。以往的發(fā)電廠系統(tǒng)僅僅能夠在受限制的 程度上保證這一點(diǎn)。固定地與電網(wǎng)頻率相耦合的系統(tǒng)將電網(wǎng)頻率的降 低視為在渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)上的不受歡迎的轉(zhuǎn)速降低。這在其它情況下 工作參數(shù)相同時(shí)降低了所輸出的功率。渦輪機(jī)系統(tǒng)在這種情況下以明 顯增加的燃料供給作出反應(yīng)，這在渦輪機(jī)內(nèi)部導(dǎo)致熱氣溫度增加。這
又顯著降低渦輪機(jī)的使用壽命，從而增加設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。以NOx 為形式的有害物質(zhì)排放在這個(gè)運(yùn)行階段中同樣明顯增加。由此早已定 義了兩個(gè)在電網(wǎng)頻率下降時(shí)大大限制功率提高的界限-使用壽命和排 放。作為第三方面，機(jī)械的相容性起重要作用.劇烈的超過(guò)6%的頻 率下降導(dǎo)致發(fā)電廠設(shè)備被切斷，因?yàn)檫@些發(fā)電廠設(shè)備沒(méi)有能力以相應(yīng) 的降低了的轉(zhuǎn)速來(lái)運(yùn)行。
在使用電網(wǎng)頻率-退耦的系統(tǒng)的情況下，消除所有上面所描述的 缺點(diǎn)。在最小允許的頻率波動(dòng)方面沒(méi)有限制，因?yàn)樗鰷u輪機(jī)段沒(méi)有 感覺(jué)到明顯的(aufgeprSgt)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。因此也不會(huì)出現(xiàn)增加有害物 質(zhì)并且喪失使用壽命的情況。
不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率的發(fā)電廠系統(tǒng)的一個(gè)另外的積極的方面是設(shè) 備與不同的工廠條件之間的更好的匹配能力.早已提到的電網(wǎng)穩(wěn)定性 是一個(gè)重要的方面，這個(gè)方面決定性地依賴(lài)于工廠所在地。此外，首 先是不同的環(huán)境條件如外部溫度、空氣壓力尤其由裝配高度引起的空 氣壓力、空氣濕度還有燃料成分影響了發(fā)電廠的運(yùn)行狀態(tài)。不依賴(lài)于 電網(wǎng)頻率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的額外的自由度允許根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境條件來(lái)產(chǎn) 生相應(yīng)優(yōu)化的運(yùn)行條件.在此不僅可以改進(jìn)效率而且可以提高功率。
如上面早已提到的一樣，通過(guò)根據(jù)轉(zhuǎn)速使燃?xì)鉁u輪機(jī)從電網(wǎng)頻率 或者說(shuō)所連接的用電設(shè)備的工作頻率上退耦的做法能夠改進(jìn)燃?xì)鉁u 輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài).燃?xì)鉁u輪機(jī)將在所有的運(yùn)行范圍內(nèi)在不依賴(lài)于電網(wǎng)
轉(zhuǎn)速^轉(zhuǎn)速來(lái)運(yùn)行，^以便優(yōu)化性"^就是效率和功率。
圖5示出了發(fā)電廠設(shè)備10的簡(jiǎn)化的線路圖，該線路圖為按本發(fā)明的運(yùn)行方法而設(shè)計(jì)。具有燃?xì)鉁u輪機(jī)12和發(fā)電機(jī)18的渦輪機(jī)段 11相應(yīng)于圖4中的渦輪機(jī)段。這也適用于電子的退耦裝置27和所連 接的電網(wǎng)21。電網(wǎng)21可以是普通的供電電網(wǎng)，但也可以是電氣鐵道 的供電網(wǎng)絡(luò)。在此出于空間位置的原因放棄示出可能的額外的具有相 應(yīng)的水/蒸汽回路的蒸汽渦輪機(jī)。
至少一列能夠調(diào)節(jié)的設(shè)在壓縮機(jī)13的輸入端上的壓縮機(jī)導(dǎo)向葉 片42以及設(shè)在通向燃燒室15、15，的燃料輸入管路17或者說(shuō)17，中的 調(diào)節(jié)閥40和41用于調(diào)節(jié)或者控制燃?xì)鉁u輪機(jī)12。相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào) 來(lái)自于按照特定的可以單個(gè)地或者以能夠選擇的組合使用的輸入?yún)?數(shù)工作的控制機(jī)構(gòu)或者調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39。 一個(gè)可能的參數(shù)是壓縮機(jī)進(jìn)口 溫度，用一個(gè)布置在進(jìn)氣口 16上的笫一量值傳感器43來(lái)測(cè)量所述壓 縮機(jī)進(jìn)口溫度，其它可能的參數(shù)是壓縮機(jī)終端溫度和壓縮機(jī)終端壓 力，在此用設(shè)在壓縮機(jī)輸出端上的一個(gè)第二及第三量值傳感器44或 者說(shuō)45來(lái)測(cè)量所述壓縮機(jī)終端溫度和壓縮機(jī)終端壓力。 一個(gè)另外的 布置在從壓縮機(jī)13到渦輪機(jī)12的經(jīng)受熱負(fù)荷的構(gòu)件比如兩臺(tái)渦輪機(jī) 14a和14b的冷卻空氣供給管路50中的量值傳感器46，測(cè)量冷卻空 氣的壓力和/或溫度和/或流量。 一個(gè)另外的量值傳感器47可以布置在 第二燃燒室15，上，用于測(cè)量這個(gè)燃燒室中的壓力，燃?xì)鉁u輪機(jī)12 的轉(zhuǎn)速比如可以在發(fā)電機(jī)18上記錄下來(lái)并且通過(guò)測(cè)量線路48輸入到 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39中。為測(cè)量電網(wǎng)21中的電網(wǎng)頻率，可以設(shè)置一個(gè)電網(wǎng)頻 率傳感器49。
調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39而后可以將燃?xì)鉁u輪機(jī)12的空氣動(dòng)力的或者機(jī)械的 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到一個(gè)恒定的數(shù)值上，而轉(zhuǎn)速?zèng)]有以其它的方式受到電網(wǎng) 21的電網(wǎng)頻率F的影響。
燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可以在燃?xì)鉁u輪機(jī)12完全從電網(wǎng)21上退 耦的情況下在該燃?xì)鉁u輪機(jī)12上通過(guò)相應(yīng)的參數(shù)如燃料質(zhì)量流量和 壓縮機(jī)進(jìn)口列(Verdichtervorleitreihe )的位置來(lái)實(shí)施。作為替代方 案，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)比如也可以通過(guò)以下方式來(lái)進(jìn)行，也就是將在燃?xì)鉁u 輪機(jī)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39中計(jì)算的額定轉(zhuǎn)速51傳輸給所述退耦裝置27的 調(diào)節(jié)器31并且通過(guò)發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)加到燃?xì)鉁u輪機(jī)12上。所述發(fā)電 機(jī)18在此通過(guò)所述退耦裝置27對(duì)與燃?xì)鉁u輪機(jī)12相比似乎靜態(tài)的 電網(wǎng)21形成支持，并且通過(guò)所述電網(wǎng)F與燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速
13Ilmeeh之間的頻率比的調(diào)節(jié)來(lái)強(qiáng)行施加轉(zhuǎn)速I(mǎi)lmeeh,退耦裝置27在這種
情況下作為可變的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速nmech與電網(wǎng) 頻率F之間的受到調(diào)節(jié)的傳動(dòng)比來(lái)工作。
根據(jù)本發(fā)明，在電網(wǎng)中出現(xiàn)短時(shí)間的超過(guò)額定頻率或頻率過(guò)低亊 件時(shí)，機(jī)械的轉(zhuǎn)速?zèng)]有在很大程度上保持恒定，而是設(shè)備以如下方式
運(yùn)行
i在頻率過(guò)低事件中，通過(guò)變頻使由燃?xì)鉁u輪機(jī)12和發(fā)電機(jī)18 構(gòu)成的軸系的降低程度大于電網(wǎng)頻率。通過(guò)更大程度地降低機(jī)械的轉(zhuǎn) 速的做法，通過(guò)旋轉(zhuǎn)能量的釋放來(lái)提高頻率支持的力度。因?yàn)樵谶@種 情況下有規(guī)則地降低轉(zhuǎn)速，所以合適的預(yù)控制可以將熱氣溫度中的瞬 態(tài)的上沖(tjberschwinger )和下沖(Unterschwinger )降低到最低 限度。
H類(lèi)似地在電網(wǎng)21的超過(guò)額定頻率事件中使燃?xì)鉁u輪機(jī)12的機(jī) 械的轉(zhuǎn)速的提高程度大于電網(wǎng)頻率。通過(guò)更大程度地提高機(jī)械的轉(zhuǎn)速 的做法，通過(guò)軸系中的旋轉(zhuǎn)能量的取用提高頻率支持的力度，在這種 情況下合適的預(yù)控制也可以將熱氣溫度中的瞬態(tài)的上沖和下沖降低 到最低限度.
圖6到圖10借助于頻率過(guò)低事件示范性地對(duì)電網(wǎng)頻率事件的曲 線走向以及電氣退耦裝置對(duì)這樣的事件的曲線走向的可能的影響進(jìn) 行解釋。圖6到圖10為50Hz的電網(wǎng)21而說(shuō)明，但類(lèi)似地也能夠用 于60Hz的電網(wǎng)21或者具有其它的設(shè)計(jì)頻率的電網(wǎng)21。通過(guò)類(lèi)推法， 由此也為本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員提供了相應(yīng)的關(guān)于超過(guò)額定頻率事件的方 案。干擾信號(hào)、電網(wǎng)頻率F的高頻的很小的振動(dòng)或者噪聲在此被忽略 并且沒(méi)有示出.
電網(wǎng)頻率F的高頻的很小的振動(dòng)或者噪聲對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的影響可 以通過(guò)抑制頻帶(Totband)來(lái)抑制，這意味著，只有在超過(guò)極限值 之后才對(duì)頻率變化作出反應(yīng)。
因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率可能緩慢地從抑制頻帶中偏移出來(lái)但是不應(yīng)該用 燃?xì)鉁u輪機(jī)的快速的負(fù)荷變化對(duì)這種緩慢的頻率偏移作出響應(yīng)，所以 在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中可以用相對(duì)于電網(wǎng)頻率的一個(gè)滑動(dòng)的平均值加上抑制 頻帶偏差了這個(gè)平均值的頻率偏差進(jìn)行工作.抑制頻帶以及也稱(chēng)為平 均的電源網(wǎng)絡(luò)頻率的滑動(dòng)的平均值對(duì)于在電網(wǎng)21與燃?xì)鉁u輪機(jī)12之間沒(méi)有電氣退耦裝置的傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)12來(lái)說(shuō)在EP0858153中得 到詳細(xì)說(shuō)明，EP0858153及其在相對(duì)于電網(wǎng)21具有電子退耦裝置的 燃?xì)鉁u輪機(jī)12上的應(yīng)用是本申請(qǐng)的組成部分。
圖6和7借助于理想化的實(shí)施例對(duì)在燃?xì)鉁u輪機(jī)12的軸系的轉(zhuǎn)
速變化過(guò)程中輸出的動(dòng)態(tài)功率Pdyn進(jìn)行探討。
z圖，示意示出了在頻率過(guò)低事啤過(guò)程T燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速n咖ch的
在該實(shí)施例中，電網(wǎng)頻率F以恒定的梯度在時(shí)間T2和T3之間從50Hz 下降到49Hz。由于所述軸系的動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)能量的變化，在轉(zhuǎn)速變化 時(shí)輸出與轉(zhuǎn)速變化的梯度成比例的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn,在這里也作為標(biāo) 準(zhǔn)化的電網(wǎng)頻率fG示出的電網(wǎng)頻率以預(yù)先給定的方式變化時(shí)電網(wǎng)頻 率變化與燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化之間的比例的對(duì)頻率過(guò)低事件的影 響借助于3種比例關(guān)系來(lái)解釋。在原始情況中，燃?xì)鉁u輪機(jī)軸系的機(jī) 械的轉(zhuǎn)速n,^與電網(wǎng)頻率F之間處于如其對(duì)于固定的機(jī)械連接來(lái)說(shuō) 也勢(shì)必是這種情況一樣的比例1:1中。相應(yīng)地，在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中輸
出標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)態(tài)的功率Pdy^。該動(dòng)態(tài)的功率Pdynj與轉(zhuǎn)速變化的梯度
且與轉(zhuǎn)速成比例，其中這里簡(jiǎn)化地僅僅示出了相對(duì)于轉(zhuǎn)速梯度的依賴(lài) 關(guān)系。
在第二種情況中，轉(zhuǎn)速以2:1的比例比電網(wǎng)頻率fc下降得多。相 應(yīng)地可以輸出雙倍的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn，2。不過(guò)為此必須忍受機(jī)械的轉(zhuǎn) 速n咖eh，3的雙倍的下降程度。
在第三種情況中，轉(zhuǎn)速以l:2的比例不如電網(wǎng)頻率fc下降得多。
相應(yīng)地可以輸出一半的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn,3,不過(guò)為此僅僅將機(jī)械的轉(zhuǎn)
速n隨i1,3降低一半。
圖7示意示出了在預(yù)期的頻率過(guò)低亊件中電網(wǎng)頻率變化與電子
的退耦裝置的燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化之間的比例的影響.為進(jìn)行比 較，再次示出了第一種情況，在第一種情況中所述軸系的轉(zhuǎn)速變化
IlmedU精確地跟隨標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)頻率fG的變化，并且由此在時(shí)間T2
與T3之間的瞬態(tài)過(guò)程中導(dǎo)致動(dòng)態(tài)的功率PdyM的輸出。在該實(shí)施例中，
大的用電設(shè)備接通到電網(wǎng)上一樣的會(huì)導(dǎo)致頻率擾動(dòng)的事件.相應(yīng)地，
操作員在時(shí)刻T。選擇燃?xì)鉁u輪機(jī)的準(zhǔn)備模式。為了為頻率過(guò)低亊件作好準(zhǔn)備，現(xiàn)在燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速I(mǎi)lmeeh上升并且在時(shí)刻達(dá) 到更高的機(jī)械轉(zhuǎn)速nmech。相應(yīng)地由所述軸系取用動(dòng)態(tài)的功率Pdyn(未 示出)。
在關(guān)于預(yù)期的頻率過(guò)低事件的第一種實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪機(jī)12 的機(jī)械的轉(zhuǎn)速 首先在時(shí)刻To和L之間提高了 1%.此外，在
T2與T3之間的電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過(guò)程中所述燃?xì)鉁u輪機(jī)軸系的轉(zhuǎn)速 IlmecM以1:2的比例不如電網(wǎng)頻率fc下降得多，相應(yīng)地，只能輸出一 半的動(dòng)態(tài)功率PdyM。不過(guò)，所述機(jī)械的轉(zhuǎn)速 為此僅僅下降一 半的程度并且在電網(wǎng)頻率擾動(dòng)結(jié)束時(shí)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12還以設(shè)計(jì)轉(zhuǎn) 速來(lái)運(yùn)行，
在一種關(guān)于預(yù)期的頻率過(guò)低事件的第二實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪機(jī)的
機(jī)械的轉(zhuǎn)速I(mǎi)lmech，s首先在Tq和Tt之間提高了 2%.此外，在Tz和
T3之間的電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過(guò)程中所述燃?xì)鉁u輪機(jī)軸系的轉(zhuǎn)速以2:1的比
例比電網(wǎng)頻率f(j下降得多.相應(yīng)地可以輸出雙倍的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn,5。 所述機(jī)械的轉(zhuǎn)速limeys為此也以雙倍的程度降低。但是由于在電網(wǎng)頻 率擾動(dòng)之前提高的轉(zhuǎn)速，燃?xì)鉁u輪機(jī)在電網(wǎng)頻率擾動(dòng)結(jié)束時(shí)還總是以 和在電網(wǎng)21與燃?xì)鉁u輪機(jī)12之間具有固定連接的基準(zhǔn)情況中相同的
轉(zhuǎn)速n咖ch運(yùn)行。
在圖8、9和10中忽略了上面所探討的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn并且示出 了最重要的過(guò)程參數(shù)以及燃?xì)鉁u輪機(jī)12的似乎靜態(tài)的功率Prd。作為
似乎靜態(tài)的功率這里應(yīng)該理解為所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12在靜態(tài)的運(yùn)行中 由于熱方面的邊緣條件在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速上輸出的功率.在此示范性地借 助于圖8a和8b來(lái)探討所述動(dòng)態(tài)的功率Pdyn的曲線走向.
圖8首先示意示出了一種用于在燃?xì)鉁u輪機(jī)12與電網(wǎng)21之間具
有固定連接的情況下頻率過(guò)低事件的實(shí)施例.從全負(fù)荷運(yùn)行開(kāi)始，在 時(shí)間Ti和t3之間出現(xiàn)頻率擾動(dòng)，在頻率擾動(dòng)時(shí)電網(wǎng)頻率F從50Hz 下降到49Hz。相應(yīng)地，機(jī)械的轉(zhuǎn)速nmeeh從100。/。下降到98%。所述 燃?xì)鉁u輪機(jī)12的吸入質(zhì)量流量(未示出)與轉(zhuǎn)速成比例地下降，這 對(duì)于首先恒定的燃料質(zhì)量流量(同樣未示出)而言導(dǎo)致熱氣溫度Th。t
的上升。燃?xì)鉁u輪機(jī)功率Prd由于吸入質(zhì)量流量減少而降低。在這種
情況下，功率損失在第一時(shí)刻由于熱氣溫度Th。t的上升而很小。隨著 時(shí)間遲延，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39試圖抵抗熱氣溫度Th。t的陡峭上升。在實(shí)際上，這一點(diǎn)按頻率過(guò)低亊件的瞬態(tài)的曲線走向、
測(cè)量鏈的速度和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39的時(shí)間常數(shù)導(dǎo)致熱氣溫度T一的下沖 (Unterschwingung )。在該實(shí)施例沖在時(shí)刻丁3達(dá)到最小的熱氣溫度 Th。t。在這個(gè)時(shí)刻，這里電網(wǎng)頻率F也穩(wěn)定在49Hz上。根據(jù)在時(shí)刻 T3較低的機(jī)械的轉(zhuǎn)速n，ch和較低的熱氣溫度Th。t，燃?xì)鉁u輪機(jī)功率 Pre,受到明顯的擾動(dòng).調(diào)節(jié)器只有在遲延的情況下在時(shí)間T4時(shí)將熱氣 溫度Th。t置于為支持頻率相對(duì)于設(shè)計(jì)值提高了的額定值。在該實(shí)施例 中純粹偶然地在時(shí)間T3達(dá)到熱氣溫度Th。t中的最小值。
在圖8a中再次示出了圖8的在燃?xì)鉁u輪機(jī)12和電網(wǎng)21之間具 有固定連接的情況下頻率過(guò)低事件的實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速nmech 的曲線走向.此外，關(guān)于時(shí)間示意示出了所屬的標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)態(tài)的功率 Pdyn。根據(jù)頻率變化的曲線走向，在最陡峭的轉(zhuǎn)速梯度的時(shí)刻，產(chǎn)生
動(dòng)態(tài)功率Pdyn中的最大值。所示出的標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn用該最
大值得到統(tǒng)一。
按頻率過(guò)低事件和軸系的慣性矩，這個(gè)最大值可以達(dá)到燃?xì)鉁u輪
機(jī)12的全負(fù)荷功率的數(shù)量級(jí)。，在此應(yīng)該相應(yīng)地設(shè)計(jì)發(fā)電廠尤其燃?xì)?渦輪機(jī)12的軸系以及電氣設(shè)備。
通過(guò)電氣退耦裝置，可以避免動(dòng)態(tài)功率Pdyn中的這樣的最大值。 為進(jìn)行比較在圖8b中示出，如何以機(jī)械的轉(zhuǎn)速llmech中的恒定的梯度
在T2與T3之間的時(shí)間間隔中輸出和在圖8a的實(shí)施例中相同的動(dòng)力 能量。但是，將動(dòng)態(tài)的功率Pdyn限制到圖8a的實(shí)施例的最大值的60% 上。相應(yīng)地，具有退耦裝置或者受調(diào)節(jié)的或者受限制的轉(zhuǎn)速梯度的發(fā) 電廠可以為更低的最大值而設(shè)計(jì)。在以恒定的不依賴(lài)于電網(wǎng)21的燃
氣渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速n咖eh運(yùn)行時(shí)，完全可以放棄用于動(dòng)態(tài)的功率Pdyn的設(shè)
計(jì)參數(shù)。
在一種運(yùn)行方案中燃?xì)鉁u輪機(jī)12的轉(zhuǎn)速n鵬ch在受到調(diào)節(jié)的并且 從電網(wǎng)21上退耦的情況下運(yùn)行，在選擇該運(yùn)行方案時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39可 以近似地預(yù)先計(jì)算吸入質(zhì)量流量的變化以及所述燃?xì)馐?5、 15，的邊 緣條件的變化并且相應(yīng)地對(duì)調(diào)節(jié)閥17、 17，進(jìn)行預(yù)控制。由此可以改 進(jìn)瞬態(tài)的行為并且避免或者降低熱氣溫度中的最大值。
與圖8相類(lèi)似，圖9示意示出了在具有電子的退耦裝置和恒定的 燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下相同的頻率過(guò)低亊件。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)
17械的轉(zhuǎn)速！ln^h在不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率的情況下保持恒定，相應(yīng)地也不
會(huì)看到在時(shí)刻T2電網(wǎng)頻率F的對(duì)熱氣溫度Th。t和燃?xì)鉁u輪機(jī)功率Prel 的直接影響。只有在短暫的遲延之后所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39才提高熱氣溫 度Tw，用于為支持頻率而提高燃?xì)鉁u輪機(jī)功率Pr小電網(wǎng)頻率F在 時(shí)刻T3穩(wěn)定在49Hz上。通過(guò)燃?xì)鉁u輪機(jī)12、測(cè)量機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 39的慣性，該燃?xì)鉁u輪機(jī)12只有在很小的時(shí)間遲延之后在時(shí)刻T4
上以恒定的功率Pre,和熱氣溫度Th。t進(jìn)行似乎靜態(tài)的運(yùn)行。
作為另一種實(shí)施例，圖10示意示出了頻率過(guò)低事件，其中存在 著電子的退耦裝置、預(yù)料到頻率過(guò)低事件以及在頻率擾動(dòng)過(guò)程中保持 恒定的燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速nmech。在該實(shí)施例中，向操作員通報(bào)了所面 臨的如比如將較大的發(fā)電廠從電網(wǎng)21上斷開(kāi)或者將較大的用電設(shè)備 接通到電網(wǎng)21上一樣的可能引起頻率擾動(dòng)的事件，相應(yīng)地，他在時(shí) 刻Tc選擇燃?xì)鉁u輪機(jī)12的準(zhǔn)備模式。為了為頻率過(guò)低事件作好準(zhǔn)備， 現(xiàn)在燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速nmeeh上升并且在時(shí)刻T！比如達(dá)到
101%.為了將負(fù)荷Prel恒定地保持在設(shè)計(jì)全負(fù)荷上，根據(jù)提高了的
轉(zhuǎn)速nn^h來(lái)降低熱氣溫度Th。t。在此，相對(duì)于以設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速100%及設(shè) 計(jì)熱氣溫度進(jìn)行的運(yùn)行可能要忍受效率損失。根據(jù)提高了的轉(zhuǎn)速，由 軸系取用動(dòng)態(tài)的功率Pdyn(未示出)。此外，降低機(jī)械的轉(zhuǎn)速nmech 中的相對(duì)于減少負(fù)荷的間距以進(jìn)行超速。
在時(shí)刻T2開(kāi)始所預(yù)料的頻率過(guò)低事件，由于燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速 n咖eh和電網(wǎng)頻率F的退耦，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12可以進(jìn)一步在提高了
的轉(zhuǎn)速I(mǎi)lmech上運(yùn)行。根據(jù)在提高轉(zhuǎn)速I(mǎi)!n^h的情況下在時(shí)間To與T,
之間降低熱氣溫度Th。t的情況，現(xiàn)在可以為提高功率而將熱氣溫度 Th。t提高到全負(fù)荷數(shù)值。作為結(jié)果，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)12在設(shè)計(jì)熱氣
溫度上以提高了的轉(zhuǎn)速llmech運(yùn)行并且在該實(shí)施例中可以為支持頻率
而輸出處于全負(fù)荷功率之上的標(biāo)準(zhǔn)化的功率。這個(gè)功率在該實(shí)施例中
大約為將近101%,這可以在沒(méi)有否則為支持頻率而普遍忍受使用壽
命損失的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)。
其它的過(guò)程參量如質(zhì)量流量、壓縮機(jī)終端壓力、壓縮機(jī)出口溫度、
在依賴(lài)于所選擇的運(yùn)行方案的情況下變化。、'- '、 'z 可以為具有順序的燃燒結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪機(jī)設(shè)想類(lèi)似的運(yùn)行方案。在此，原則上存在著將兩個(gè)燃燒室15、 15，的熱氣溫度Tb。t用于調(diào)節(jié) 過(guò)程或者僅僅改變一個(gè)燃燒室15、 15，的熱氣溫度Tb。t這樣的可能性。 在這里同樣可以按運(yùn)行方案和工作點(diǎn)來(lái)設(shè)置與其它的參數(shù)之間的組 合。
轉(zhuǎn)速nmech和熱氣溫度Th。t的對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率Prel的影響的情況 以及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)的流程非常依賴(lài)于燃?xì)鉁u輪機(jī)12的結(jié)構(gòu)和所設(shè) 置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39以及調(diào)節(jié)參數(shù).比如一個(gè)第二燃燒室15，的熱氣溫度 Th。t的影響在具有順序的燃燒結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪機(jī)12上就比一個(gè)第一 燃燒室15的影響大得多。在依賴(lài)燃?xì)鉁u輪機(jī)12的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比如機(jī)械 的、空氣動(dòng)力的以及冷卻的要求以及電網(wǎng)要求的情況下，可以根據(jù)所 示出的實(shí)施例來(lái)對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)12的運(yùn)行方案進(jìn)行優(yōu)化，在此，運(yùn)行 方案不限于所示出的實(shí)施例，而是可以通過(guò)本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員根據(jù)要求 進(jìn)行組合和擴(kuò)展。
為了通過(guò)很高的動(dòng)態(tài)的功率Pdyn來(lái)支持電網(wǎng)，比如可能有利的
是，首先以一個(gè)轉(zhuǎn)速梯度來(lái)改變?nèi)細(xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速nmeeh，該轉(zhuǎn)速梯度 高于電網(wǎng)頻率變化的梯度。因?yàn)樗鋈細(xì)鉁u輪機(jī)12的允許的轉(zhuǎn)速范 圍通過(guò)機(jī)械的和空氣動(dòng)力的極限受到限制，所以在輸出動(dòng)態(tài)的功率
Pdyn時(shí)當(dāng)然要設(shè)置極限.在達(dá)到這些極限之前，燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速llmech
必須用足夠的安全間距來(lái)得到穩(wěn)定，為了不是突然地從具有很高的動(dòng)
態(tài)的功率輸出Pdyn的運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為沒(méi)有動(dòng)態(tài)的功率輸出Pdyn的運(yùn)行
方式，所述機(jī)械的轉(zhuǎn)速nmech比如首先以比電網(wǎng)頻率變化的梯度高的
梯度一直降低到一個(gè)第一極限，該第一極限相對(duì)于所述燃?xì)鉁u輪機(jī)
12的設(shè)計(jì)極限還具有許多的差距。在達(dá)到這個(gè)第一極限之后，所述 燃?xì)鉁u輪機(jī)12的轉(zhuǎn)速n咖eh以一個(gè)降低了的比如比電網(wǎng)頻率變化的梯 度小的梯度繼續(xù)變化。根據(jù)這個(gè)降低了的梯度，還可以將動(dòng)態(tài)的功率
Pdyn輸出給電網(wǎng)21，直至達(dá)到一個(gè)第二極限。所述笫二極限代表著相
對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)12的設(shè)計(jì)極限的最小間距，應(yīng)該遵守該最小間距，
以保證可靠的運(yùn)行。因?yàn)樵O(shè)計(jì)極限不僅包含機(jī)械的極限而且包含空氣
動(dòng)力的極限，所以所述極限可以是燃?xì)鉁u輪機(jī)12的運(yùn)行條件尤其機(jī) 械的轉(zhuǎn)速n咖cb、空氣動(dòng)力的轉(zhuǎn)速以及壓力的或者壓力比的函數(shù)。
除了具有固定的梯度或者在極限值上按階段變化的關(guān)系的運(yùn)行 方式之外，機(jī)械的轉(zhuǎn)速nmeeh的變化與電網(wǎng)頻率變化之間的比例可以作為燃?xì)鉁u輪機(jī)12的當(dāng)前機(jī)械的轉(zhuǎn)速lln^h和設(shè)計(jì)極限的間距的函數(shù) 來(lái)選擇。在此，所述比例在所述機(jī)械的轉(zhuǎn)速n咖eh接近于相對(duì)于燃?xì)?渦輪機(jī)12的設(shè)計(jì)極限的最小間距時(shí)趨向于零。
如果電網(wǎng)頻率F在頻率過(guò)低事件或者超過(guò)額定頻率事件之后已 經(jīng)得到穩(wěn)定，那就可以通過(guò)電氣退耦裝置在不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率F的數(shù)
值的情況下使燃?xì)鉁u輪機(jī)12又運(yùn)行到最佳的機(jī)械的轉(zhuǎn)速I(mǎi)lmeeh上.為 此，軸系以很小的梯度受調(diào)節(jié)地得到加速或者說(shuō)減速.尤其在軸系加 速時(shí)，所述梯度應(yīng)該選擇得足夠小，以便為加速所需要的動(dòng)態(tài)的功率 Pdyn沒(méi)有使輸出給電網(wǎng)21的功率顯著降低.在此通常應(yīng)該如此選擇 所述梯度，從而僅僅使用燃?xì)鉁u輪機(jī)功率的最大大約5%作為動(dòng)態(tài)的 功率Pdyn以進(jìn)行加速。優(yōu)選該份額甚至應(yīng)該保持小于3%.在實(shí)際上 小于1。/。的份額就已足夠。
附圖標(biāo)記列表
10、 10，、 10"發(fā)電廠設(shè)備
ii、 n，渦輪機(jī)段
12燃?xì)鉁u輪機(jī)
13壓縮機(jī)
14、 14a、 b渦輪機(jī)
15、 15，燃燒室
16進(jìn)氣口
17、 17，燃料輸入管路
18發(fā)電機(jī)
19軸
20電網(wǎng)連接(頻率耦合的)
21電網(wǎng)
22排氣口
23廢熱蒸汽發(fā)生器
24蒸汽渦輪機(jī)
25水-蒸汽-回路
26傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(機(jī)械的)
27退耦裝置28 節(jié)拍發(fā)生器29 功率件30 負(fù)載31 調(diào)節(jié)器32 開(kāi)關(guān)(雙向的)33 電壓測(cè)量裝置34 電流測(cè)量裝置35 控制線路36..... 38 信號(hào)線路39 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)40、 41 控制閥42 能夠調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)導(dǎo)向葉片43..... 47 量值傳感器48 測(cè)量線路(轉(zhuǎn)速)49 電網(wǎng)頻率傳感器50 冷卻空氣供給管路51 發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速Gl..... G6 相位(發(fā)電機(jī))Ll.....L3 相位(負(fù)栽)Th。t 燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪機(jī)入口之前的熱氣溫度燃?xì)鉁u輪機(jī)的相對(duì)功率nmeeh 燃?xì)鉁u輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械的轉(zhuǎn)速F 以Hz計(jì)的電網(wǎng)頻率fG 標(biāo)準(zhǔn)化的電網(wǎng)頻率Pdyn 燃?xì)鉁u輪機(jī)軸系的根據(jù)轉(zhuǎn)速梯度輸出給電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)的功率T0 時(shí)刻燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速nmecb開(kāi)始提高時(shí)刻燃?xì)鉁u輪機(jī)轉(zhuǎn)速 已提高T2 時(shí)刻電網(wǎng)頻率開(kāi)始下降T3 時(shí)刻電網(wǎng)頻率已下降T4 時(shí)刻燃?xì)鉁u輪機(jī)得到穩(wěn)定
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行發(fā)電廠設(shè)備(10)的方法，所述發(fā)電廠設(shè)備(10)具有渦輪機(jī)段(11)，所述渦輪機(jī)段(11)由燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)和被所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)直接驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)生具有工作頻率的交流電的發(fā)電機(jī)(18)構(gòu)成，所述發(fā)電機(jī)(18)的輸出端與具有預(yù)先給定的電網(wǎng)頻率(F)的電網(wǎng)(21)保持連接，其中在所述發(fā)電機(jī)(18)與所述電網(wǎng)(21)之間布置了電子的退耦裝置(27)，所述電子的退耦裝置(27)使工作頻率從電網(wǎng)頻率(F)上退耦，其特征在于，當(dāng)電網(wǎng)(21)中出現(xiàn)短時(shí)間的超過(guò)額定頻率或者頻率過(guò)低事件時(shí)有規(guī)則地對(duì)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速(nmech)進(jìn)行調(diào)整。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)(21)的頻 率過(guò)低時(shí)使燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速(nmech)的降低程度大于 或小于電網(wǎng)頻率。
3. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)(21)超過(guò) 額定頻率時(shí)使燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速(nmech)的提高程度大 于或小于電網(wǎng)頻率(F)。
4. 按權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用 具有大于100MW的功率的燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)并且作為電子的退耦裝 置(27)使用以矩陣變頻器為形式的變頻器。
5. 按權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 工作頻率明顯有別于電網(wǎng)頻率或者說(shuō)第二工作頻率。
6. 按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電網(wǎng)頻率或者 說(shuō)工作頻率為50Hz或者60Hz。
7. 按權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為 燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)使用具有順序的燃燒結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。
8. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述矩陣變頻器包 括多個(gè)以(mxn)-矩陣布置的能夠控制的雙向的開(kāi)關(guān)(32),所述 開(kāi)關(guān)(32)在調(diào)節(jié)器(31)的控制下將m個(gè)輸入端選擇性地與n個(gè) 輸出端相連接，其中m大于n，并且其中設(shè)置了用于確定輸入端中的 電流的符號(hào)的第一器件(34)和用于確定輸入端之間的電壓的符號(hào)的 第二器件(33)，并且其中第一及第二器件(34或者說(shuō)33)通過(guò)信 號(hào)線路(38)與所述調(diào)節(jié)器(31)相連接。
9. 按權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從電網(wǎng)頻率上退耦的燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)以增高的機(jī)械的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以便在出現(xiàn)頻率過(guò)低事件的情況下能夠從軸系(19)中將額外的動(dòng)力能量作為電氣功率輸出給電網(wǎng)(21)。
10. 按權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從電網(wǎng)頻率上退耦的燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)以降低的機(jī)械的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以便在出現(xiàn)超過(guò)額定頻率事件的情況下能夠從電網(wǎng)(21)中取用能量。
11. 按權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)轉(zhuǎn)速梯度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便從軸系(19)中提取預(yù)先給定的動(dòng)力功率并且作為電氣功率饋入電網(wǎng)(21)中。
12. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，以固定的、相對(duì)于電網(wǎng)頻率的變化的比例來(lái)調(diào)節(jié)所述軸系(19)的轉(zhuǎn)速。
13. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)(21)的頻率變化時(shí)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速(nmeeh)以一個(gè)相對(duì)于電網(wǎng)頻率(F)的變化的第一比例一直變化到一個(gè)第一極限，自所述第一極限起以一個(gè)相對(duì)于電網(wǎng)頻率(F)的變化的第二比例一直變化到一個(gè)第二極限，并且自所述第二極限起在不依賴(lài)于電網(wǎng)頻率(F)的情況下保持恒定。
14. 按權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述極限是所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的空氣動(dòng)力的轉(zhuǎn)速的函數(shù).
15. 按權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速變化的梯度受到限制。
16. 按權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速(nmeeh )在頻率過(guò)低或者超過(guò)額定頻率事件之后在用一個(gè)很小的轉(zhuǎn)速梯度進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下又運(yùn)行到最佳的工作點(diǎn)，
17. 按權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在不依賴(lài)于所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12 )的機(jī)械的轉(zhuǎn)速變化的梯度的情況下對(duì)至少一個(gè)燃料調(diào)節(jié)閥進(jìn)行預(yù)控制。
18. 按權(quán)利要求1到17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)(21)的頻率過(guò)低或者超過(guò)額定頻率事件中，只有頻率變化超過(guò)圍繞著電網(wǎng)頻率設(shè)置的抑制頻帶時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(39)才作出反應(yīng)。
19.按權(quán)利要求1到17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)(21)的頻率過(guò)低或者超過(guò)額定頻率亊件中，只有相對(duì)于電網(wǎng)頻機(jī)構(gòu)(39)才作出反應(yīng)。
20.按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)(21)的頻率過(guò)低或者超過(guò)額定頻率事件中所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12 )的機(jī)械的轉(zhuǎn)速)保持恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行具有渦輪機(jī)段(11)的發(fā)電廠設(shè)備(10)的方法，所述渦輪機(jī)段由燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)和被所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)直接驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)生具有工作頻率的交流電的發(fā)電機(jī)(18)構(gòu)成，所述發(fā)電機(jī)的輸出端與具有預(yù)先給定的電網(wǎng)頻率的電網(wǎng)(21)保持連接，其中在所述發(fā)電機(jī)(18)與電網(wǎng)(21)之間布置了電子的退耦裝置(27)，其使工作頻率從電網(wǎng)頻率上退耦。通過(guò)以下方式來(lái)更好地支持電網(wǎng)頻率，即，對(duì)于在電網(wǎng)(21)中出現(xiàn)短時(shí)間的超過(guò)額定頻率或者頻率過(guò)低事件而言，在電網(wǎng)(21)的頻率過(guò)低時(shí)使燃?xì)鉁u輪機(jī)(12)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速的降低程度大于電網(wǎng)頻率并且在電網(wǎng)(21)超過(guò)額定頻率時(shí)使燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速的提高程度大于電網(wǎng)頻率。
文檔編號(hào)H02P9/48GK101657963SQ200880012011
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者J·霍夫曼, T·梅因德?tīng)?申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司